Содержание
Глава 11. Полупроводниковые СВЧ-приборы для РЛС .......................................795
11.1. Элементная база приемопередающих модулей для фазированных
антенных решеток ...................................................................................795
11.1.1. Аттенюаторы для приемопередающих модулей
активных фазированных антенных решеток ..............................795
11.1.2. Двухполюсные переключатели для АФАР ...................................798
11.1.3. Фазовращатели для АФАР ............................................................799
11.1.4. Предусилители приемопередатчика для АФАР ...........................801
11.1.5. Малошумящие усилители и усилители мощности для АФАР ......801
11.1.6. Помехоподавляющие фильтры для АФАР ...................................805
11.2. Отечественная элементная база СВЧ-приборов для РЛС .....................807
11.2.1. Отечественные GaAs активные элементы для приемо-
передающих СВЧ-модулей сантиметрового диапазона .............807
11.2.2. СВЧ-приборы АО «Микроволновые системы»...........................815
11.2.2.1. Широкополосные усилители мощности
дециметрового диапазона на основе карбида
кремния ..........................................................................815
11.2.2.2. Сверхширокополосные СВЧ-усилители мощности
диапазона 6–18 ГГц .......................................................818
11.2.2.3. Технические параметры серии мощных
и маломощных СВЧ-усилителей производства
АО «Микроволновые системы» .....................................822
11.3. Отечественные СВЧ-комплектующие на GaAs производства
ЗАО «НПП «Планета-Аргалл» ................................................................827
11.3.1. Транзисторные усилители ............................................................827
11.3.2. Защитные устройства ...................................................................829
11.3.3. СВЧ-транзисторы .........................................................................831
11.4. Особенности проектирования частотно-избирательных
микросхем на ПАВ ..................................................................................834
11.5. Радиоприемные СВЧ-устройства
производства НПП «Пульсар» ................................................................841
11.6. Высокоскоростные аналого-цифровые преобразователи
для РЛС ....................................................................................................849
11.7. Зарубежные микросхемы для приемопередающих модулей РЛС
на основе нитрида галлия ........................................................................853
11.7.1. Приемопередающие модули АФАР на основе GaN ....................853
11.7.2. Монолитные GaN СВЧ-усилители мощности ............................855
11.7.3. СВЧ-микросхемы переключателей на основе GaN ....................857
11.7.4. Оптимизация конструкции GaN СВЧ-транзисторов ................859
11.7.5. СВЧ-микросхемы компании RFHIC ..........................................860
11.7.5.1. СВЧ-микросхемы на GaN для систем
беспроводной связи........................................................860
11.7.5.2. GaN-усилители для импульсных РЛС ...........................863
11.8. ВЧ- и СВЧ-приборы компании Mini-Circuits ........................................866
11.8.1. Интегрированные монолитные усилители группы VNA ............866
11.8.2. Двойные балансные смесители группы MCA1 ...........................868
11.8.3. Серия универсальных высокочастотных усилителей .................870
11.8.4. Смесители частот ..........................................................................871
11.8.5. Аттенюаторы ВЧ- и СВЧ-диапазонов .........................................873
11.9. СВЧ-микросхемы компании Hittite Microwave ......................................874
11.9.1. СВЧ-микросхемы аттенюаторов компании
Hittite Microwave ...........................................................................874
11.9.1.1. Типовые микросхемы аттенюаторов с аналоговым
управлением ...................................................................878
11.9.1.2. Микросхемы аттенюаторов с цифровым
управлением ...................................................................880
11.9.1.3. СВЧ и сверхширокополосные усилители
с фиксированным усилением ........................................882
11.9.2. Монолитные СВЧ-микросхемы полных синтезаторов
частоты компании Hittite Microwave ...........................................895
11.9.2.1. Монолитные микросхемы PLL СВЧ-синтезаторов ......895
11.9.2.2. Трехдиапазонные монолитные микросхемы
синтезаторов ...................................................................897
11.9.2.3. Широкодиапазонные монолитные микросхемы
синтезаторов ...................................................................900
11.9.2.4. Микросхемы HMC983 и HMC984
для построения сверхширокополосных
синтезаторов ...................................................................904
11.9.2.5. Монолитные микросхемы широкодиапазонных
синтезаторов HMC701/702/703 .....................................910
11.9.2.6. Программное обеспечение монолитных микросхем
синтезаторов ...................................................................914
11.10. Особенности выбора элементной базы для систем вторичного
электропитания приемопередающих модулей АФАР ..........................919
11.10.1. Принципы построения системы электропитания
для ППМ АФАР ........................................................................919
11.10.2. Технологические особенности изготовления
DC/DC преобразователей .......................................................922
11.10.3. Особенности преобразователей SynQor серии Hi-Rel ............925
11.10.4. Электромагнитные процессы в системе питания
ППМ АФАР ..............................................................................928
Глава 12. ВЧ и СВЧ комплектующие компоненты для РЛС ................................936
12.1. Микрополосковые фильтры для СВЧ-систем........................................936
12.2. Особенности применения СВЧ-фильтров
на акустических волнах ...........................................................................939
12.3. Особенности использования специальных конструктивных
решений кабельных гермовводов для СВЧ-устройств ...........................943
12.4. Отечественные мощные полосковые СВЧ-резисторы ..........................947
12.5. Высокочастотные соединения для активных фазированных
антенных решеток ...................................................................................950
12.6. ВЧ- и СВЧ-комплектующие компании Spectrum Advanced
Specialty Products ......................................................................................956
12.7. Керамические СВЧ-компоненты для РЛС .............................................972
12.7.1. Керамические конденсаторы .......................................................972
12.8. Сетевые фильтры и пленочные конденсаторы для РЛС ........................975
12.9. Специальные соединители и кабельные сборки ....................................978
12.10. Эволюция корпусов для устройств и блоков РЭА ................................980
Глава 13. Методы и средства обеспечения надежности
радиолокационных систем и систем связи ...........................................................984
13.1. Электромагнитная совместимость: термины, определения,
классификация ........................................................................................984
13.1.1. Природа электромагнитных помех ..............................................984
13.1.2. Термины, определения, классификация ЭМС ...........................989
13.1.3. Нормы и стандарты электромагнитной совместимости .............992
13.2. Обеспечение электромагнитной совместимости
микропроцессорных блоков управления РЛС .....................................1003
13.2.1. Особенности проектирования печатных плат,
оптимизированных по электромагнитной
совместимости ............................................................................1003
13.2.2. Измерение уровня помех, излучаемых
микроконтроллерами .................................................................1009
13.2.3. Обеспечение электромагнитной совместимости
в проводных системах связи ......................................................1018
13.2.4. Проектирование печатных плат для высокоскоростных
систем связи ...............................................................................1021
13.3. Защитные СВЧ-устройства для РЛС и систем связи ...........................1033
13.3.1. Классификация и особенности создания защитных
СВЧ-устройств для радиолокации и связи ...............................1033
13.3.2. Газоразрядные защитные устройства .........................................1035
13.3.3. Полупроводниковые защитные устройства ..............................1036
13.3.4. Вакуумные защитные устройства ..............................................1043
13.4. Особенности оценки ресурса СВЧ-устройств с учетом
надежности механических составных частей .......................................1045
13.5. Особенности организации цепей электропитания
СВЧ-устройств РЛС...............................................................................1051
13.6. ВЧ- и СВЧ-компоненты для подавления электромагнитных
помех ......................................................................................................1059
13.7. Особенности оценки ресурса СВЧ-устройств с учетом
надежности механических частей .........................................................1066
13.8. Стандартные методы испытаний СВЧ-устройств на устойчивость
к электростатическим разрядам ............................................................1073
13.8.1. Стандарты испытания на уровне устройства ............................1074
13.8.1.1. Модель человеческого тела ..........................................1074
13.4.1.2. Машинная модель ........................................................1075
13.8.1.3. Модель заряженного устройства .................................1076
13.8.2. Сравнение методов испытаний на уровне устройства ..............1077
13.8.3. Стандарты испытаний на системном уровне ............................1078
13.8.3.1. Устойчивость к электростатическому разряду ............1078
13.8.3.2. Устойчивость к быстрому переходному процессу .......1079
13.8.3.3. Устойчивость к всплескам напряжения ......................1081
13.9. Пассивная интермодуляция в СВЧ-цепях ...........................................1082
13.9.1. Механизмы возникновения пассивной интермодуляции ........1083
13.9.2. Причины появления пассивной интермодуляции
и методы снижения ее уровня в радиочастотных
соединителях ..............................................................................1084
13.9.3. ПИМ в материале печатной платы ............................................1085
13.9.4. ПИМ в полосковых, коаксиальных и волноводных
линиях передачи .........................................................................1086
13.9.5. ПИМ в направленных ответвителях, частотных дуплексерах
и трансформаторах .....................................................................1086
13.9.6. Внешние источники ПИМ ........................................................1087
13.9.7. Способы оценки уровня ПИМ ..................................................1088
13.9.8. Специализированная аппаратура для тестирования ПИМ ......1091
Глава 14. Радиофотоника в телекоммуникационных и радиолокационных
системах ................................................................................................................1099
14.1. Фотонные устройства на основе поверхностно излучающих
лазеров с вертикальным резонатором ...................................................1099
14.2. Конструкция длинноволнового поверхностно излучающего
лазера сплавной конструкции ...............................................................1102
14.3. Основные технические характеристики длинноволнового
поверхностно излучающего лазера сплавной конструкции ................1104
14.3.1. Электрические и энергетические характеристики....................1104
14.3.2. Малосигнальные частотно-модуляционные
характеристики ..........................................................................1105
14.3.3. Шумовые характеристики .........................................................1105
14.3.4. Линейность в режиме большого сигнала...................................1106
14.3.5. Спектральные и перестроечные характеристики .....................1107
14.4. Лазеры непрерывной генерации: VECSEL, MEMS-VCSEL, LICSEL ....1109
14.5. Лазеры импульсной генерации: VECSEL-SESAM, MIXSEL ...............1120
14.6. Основные направления фундаментальных исследований
в области компонентной базы радиофотоники и функциональных
устройств на ее основе ...........................................................................1123
14.7. Примеры применения радиофотонных устройств в радиолокации ......1125
14.7.1. Активные линии задержки .........................................................1125
14.7.2. Каналы передачи СВЧ-сигналов на большие расстояния........1127
14.7.3. Системы распределения радиосигналов по полотну
АФАР РЛС ..................................................................................1129
14.7.4. Измерительно-калибровочные средства для РЛС ....................1131
14.8. СВЧ-фотодетекторы для систем радиофотоники, радиолокации
и оптоволоконной связи .......................................................................1133
14.8.1. Физические принципы работы СВЧ p-i-n-фотодетекторов .....1133
14.8.2. Физические механизмы ограничения фототока
p-i-n-фотодиода .........................................................................1138
14.8.3. Конструктивные решения фотодиодов ....................................1141
14.8.3.1. Фотодиод с двойной обедненной областью (DDR) .....1141
14.8.3.2. Фотодиод с частично обедненным поглощающим
слоем (PDA) ..................................................................1141
14.8.3.3. Униполярный гетерофотодиод (UTC) .........................1142
Глава 15. Измерения и анализ СВЧ-устройств ....................................................1151
15.1. Особенности измерений и анализа цепей в миллиметровом
иапазоне волн ........................................................................................1151
15.2. Инструментальный анализ СВЧ-цепей в миллиметровом
диапазоне волн (задачи, методы, средства) ..........................................1154
15.2.1. Измеряемые «цепные» параметры СВЧ-устройств ..................1154
15.2.2. Измерительные задачи анализа СВЧ-цепей .............................1156
15.2.3. Некоторые общие требования к измерителям параметров
цепей миллиметрового диапазона волн ....................................1159
15.3. Ретроспективный анализ методов и средств измерений параметров
СВЧ-цепей .............................................................................................1160
15.3.1. Зондовые методы ........................................................................1160
15.3.1.1. Методы измерений на основе измерительной
волноводной линии ......................................................1160
15.3.1.2. Анализ погрешностей измерительной линии .............1163
15.3.1.3. Измерительная линия с качанием частоты .................1165
15.3.1.4. Многозондовые измерительные линии.
Метод четырех зондов ..................................................1166
15.3.1.5. Параметры серийных измерительных линий
миллиметровых волн ....................................................1169
15.4. Рефлектометрические методы измерений параметров
СВЧ-цепей. Рефлектометры .................................................................1171
15.5. Тенденции дальнейшего развития и новые области применения
векторных анализаторов цепей .............................................................1171
15.5.1. Основные тенденции развития ВАЦ .........................................1171
15.5.2. Новые частотные диапазоны и измерительные среды .............1172
15.6. Повышение точностных характеристик ВАЦ и дальнейшее
совершенствование методов и средств их метрологического
обеспечения ...........................................................................................1176
15.7. Расширение функциональных возможностей, применение
анализаторов цепей для измерений параметров активных
и нелинейных СВЧ-устройств ..............................................................1179
15.7.1. Частотно-временные преобразования ......................................1179
15.7.2. Модуляционный векторный анализ цепей ...............................1179
15.7.3. Особенности измерений параметров нелинейных
СВЧ-цепей ..................................................................................1181
15.8. Автоматизированные аппаратные средства для измерений
параметров интегральных схем на полупроводниковых пластинах
в миллиметровом диапазоне волн.........................................................1182
15.8.1. Тестирование СВЧ интегральных схем
на полупроводниковых пластинах ............................................1182
15.8.2. Копланарные пробники .............................................................1184
15.8.3. Автоматизированные комплексы тестирования
ИС на полупроводниковых пластинах ......................................1186
15.8.4. Особенности калибровки измерительных систем
при тестировании ИС на полупроводниковых
пластинах ....................................................................................1191
15.8.5. О преимуществах РЧ- и микроволнового тестирования
ИС на полупроводниковых пластинах ......................................1192
15.9. Векторные анализаторы цепей миллиметровых волн.
Классификация и принципы построения ............................................1193
15.9.1. Типы и классификация векторных анализаторов цепей ..........1193
15.9.2. Гетеродинные ВАЦ .....................................................................1196
15.9.3. Гомодинные ВАЦ. Методы измерений в зависимости
от модуляции опорного и измерительного сигналов ................1198
15.9.4. Схема с амплитудной модуляцией в измерительном канале ......1199
15.9.4.1. Метод Шафера–Кона ..................................................1199
15.9.4.2. Измерительный тракт гомодинного ВАЦ
с модуляцией измерительного сигнала .......................1200
15.9.4.3. Схемы с линейной фазовой модуляцией и фазовой
манипуляцией измерительного сигнала .....................1202
15.9.4.4. Схема с модуляцией опорного сигнала .......................1204
15.10. Гомодинные схемы с одновременной модуляцией
измерительного и опорного сигналов ..................................................1205
15.11. Структурные схемы автоматических анализаторов цепей
гомодинного типа ................................................................................1209
15.11.1. Структурные схемы анализаторов цепей
с четырнадцати-полюсным измерительным
СВЧ-трактом ..........................................................................1209
15.11.2. Структурная схема анализатора цепей
с десятиполюсным измерительным СВЧ-трактом ...............1212
15.11.3. Структурная схема ВАЦ с восьмиполюсным
измерительным СВЧ-трактом ...............................................1214
15.12. Анализаторы цепей компании Keysight ..............................................1215
15.12.1. Анализаторы цепей серии PNA-X .........................................1215
15.12.2. Особенности проведения испытаний усилителей
анализаторами цепей PNA-X.................................................1222
15.12.3. Особенности тестирования нелинейных устройств
анализаторами цепей PNA-X.................................................1223
15.12.4. Средства калибровки анализаторов цепей ............................1229
15.12.5. Измерительные системы на основе анализаторов
цепей .......................................................................................1230
15.12.6. Анализаторы цепей PNA-L ....................................................1233
15.12.7. Анализаторы цепей серии PNA .............................................1234
15.12.8. Нелинейные векторные анализаторы цепей (NVNA) ..........1237
15.12.9. Генератор сигналов Keysight UXG ..........................................1240
Глава 16. Измерение электрофизических параметров
диэлектрических и полупроводниковых материалов и структур
СВЧ-электроники ................................................................................................1247
16.1. Анализ современного состояния исследований в области
технологий контроля параметров диэлектрических и проводящих
материалов на СВЧ ................................................................................1247
16.1.1. Особенности использования СВЧ-методов измерений
в полупроводниковой СВЧ-электронике..................................1247
16.1.2. Измерение электрофизических параметров материалов
волноводными методами ...........................................................1250
16.1.3. Измерение параметров полупроводников мостовыми
методами .....................................................................................1253
16.1.4. Измерение параметров полупроводников
резонаторными методами ..........................................................1255
16.1.5. Измерение параметров материалов методом
волноводно-диэлектрического резонанса ................................1259
16.1.6. Измерение параметров материалов и структур
автодинными методами .............................................................1261
16.1.7. Измерение параметров материалов с использованием
синхронизированных генераторов ............................................1262
16.1.8. Ближнеполевая СВЧ-микроскопия свойств
материалов ..................................................................................1263
16.1.9. Измерения толщины нанометровых слоев металла
и электропроводности полупроводника в структурах
металл – полупроводник по спектрам отражения
и прохождения электромагнитного излучения .........................1267
16.2. Математическая модель и результаты компьютерного
моделирования взаимодействия электромагнитного излучения
СВЧ-диапазона с одномерными волноводными фотонными
структурами, включающими нанометровые металлические,
диэлектрические и полупроводниковые слои ......................................1269
16.2.1. Взаимодействие СВЧ-излучения с многослойными
структурами с плоскостями слоев, перпендикулярных
направлению распространения излучения ...............................1269
16.2.1.1. Математическая модель ...............................................1270
16.2.1.2. Результаты компьютерного моделирования
спектров отражения волноводных фотонных
структур в различных диапазонах частот ....................1272
16.2.1.3. Результаты компьютерного моделирования
зависимости спектров отражения волноводных
фотонных структур от положения «нарушения»
периодичности в структуре фотонного кристалла ......1277
16.2.1.4. Результаты компьютерного моделирования
зависимости спектров отражения волноводных
фотонных структур от параметров нарушения ...........1279
16.2.1.5. Результаты компьютерного моделирования
спектров отражения волноводных фотонных
структур, содержащих проводящие слои ....................1282
16.3. Теоретическое обоснование метода измерения параметров
материалов СВЧ с использованием одномерных волноводных
фотонных структур ................................................................................1286
16.3.1. Измерение диэлектрической проницаемости материалов .......1286
16.3.2. Измерение комплексной диэлектрической проницаемости
материалов с потерями...............................................................1289
16.3.3. Измерение толщин нанометровых металлических пленок
на диэлектрических или полупроводниковых подложках .......1292
16.4. Результаты экспериментального исследования взаимодействия
СВЧ-излучения с одномерными волноводными фотонными
структурами ...........................................................................................1296
16.4.1. Результаты экспериментального исследования спектров
отражения и прохождения волноводных фотонных
кристаллов ..................................................................................1296
16.4.2. Использование волноводных фотонных структур
для измерения параметров нанометровых металлических
слоев на полупроводниковых и диэлектрических
подложках ...................................................................................1298
16.4.2.1. Экспериментальное исследование частотных
зависимостей коэффициента отражения фотонных
структур, содержащих нанометровые
металлические слои ......................................................1298
16.4.2.2. Измерение электропроводности металлических
пленок, нанесенных на диэлектрические
подложки ......................................................................1300
16.4.2.3. Измерение толщин металлических пленок,
нанесенных на полупроводниковые подложки ..........1302
16.4.2.4. Измерения толщины нанометровых слоев
металла и электропроводности полупроводника
в структурах металл – полупроводник ........................1305
16.4.3. Использование волноводных фотонных структур
для измерения параметров диэлектрических материалов ........1307
16.4.3.1. Экспериментальное исследование частотных
зависимостей коэффициента отражения
фотонных структур, содержащих неоднородности
в виде диэлектрических слоев ......................................1307
16.4.3.2. Измерение диэлектрической проницаемости
материалов с низкими потерями .................................1309
16.4.3.3. Измерение действительной и мнимой частей
комплексной диэлектрической проницаемости
материалов с потерями .................................................1312
Глава 17. Радиационная стойкость СВЧ-устройств ............................................1335
17.1. Влияние ионизирующих излучений на характеристики
кремний-германиевых интегральных схем СВЧ-диапазона ...............1335
17.1.1. Гетероструктурные биполярные транзисторы ...........................1336
17.1.2. Микросхемы СВЧ МШУ И ШПУ .............................................1338
17.1.3. Микросхемы СВЧ ГУН ..............................................................1342
17.2. Особенности проектирования радиационно-стойкой
библиотеки проектирования СВЧ функциональных блоков
на базе КМОП КНИ-технологии .........................................................1347
17.2.1. Высокочастотные и шумовые свойства отечественных
КНИ МОП-транзисторов ..........................................................1349
17.2.2. Приборное моделирование КНИ МОП-транзистора ..............1349
17.2.3. МОП-варикапы ..........................................................................1353
17.2.4. R, С, L элементы.........................................................................1355
17.2.5. Разработка функциональных блоков СВЧ-тракта ....................1357
17.3. Особенности механизмов воздействия факторов космического
пространства на образование локальных радиационных
эффектов ................................................................................................1362
17.4. Особенности проектирования пассивных элементов
для радиационно-стойких монолитных кремний-германиевых
СВЧ ИС ..................................................................................................1369
17.4.1. Микрополосковая линия передачи ...........................................1369
17.4.2. Интегральные индуктивности ...................................................1371
17.4.3. Симметрирующие трансформаторы ..........................................1373
Глава 18. Методы и средства защиты от электромагнитных излучений ............1380
18.1. Введение в проблему .............................................................................1380
18.2. Особенности влияния электромагнитных излучений
на биологические объекты ....................................................................1381
18.2.1. Влияние излучений мобильного телефона
на биологические объекты .........................................................1381
18.2.2. Биологическое действие электромагнитных полей ..................1386
18.2.3. Последствия действия электромагнитных полей
для здоровья человека ................................................................1387
18.3. Современные методы и средства экранирования
электромагнитного излучения ..............................................................1392
18.3.1. Взаимодействие электромагнитного излучения
с различными материалами .......................................................1392
18.3.2. Конструкции защитных экранов электромагнитного
излучения ....................................................................................1398
18.3.2.1. Металлические конструкции защитных экранов .......1398
18.3.2.2. Конструкции поглотителей электромагнитного
излучения ......................................................................1400
18.3.2.3. Влагосодержащие конструкции защитных экранов
электромагнитного излучения .....................................1416
18.4. Многослойные пленочные экраны для защиты
от электромагнитных излучений ..........................................................1423
18.4.1. Технология формирования многослойных пленочных
экранов .......................................................................................1423
18.4.2. Защита от статических магнитных полей ..................................1425
18.4.3. Защита от низкочастотных электромагнитных полей ..............1428
18.4.4. Защита от импульсных электромагнитных полей ....................1429
18.4.5. Защита от воздействия квазистационарных магнитных
полей ...........................................................................................1432
18.5. Методика оценки эффективности магнитостатического
экранирования цилиндрическими экранами .......................................1442
18.5.1. Методика эксперимента.............................................................1442
18.5.2. Анализ экспериментальных результатов ...................................1444
18.5.3. Аналитический расчет эффективности экранирования
конечной цилиндрической оболочкой .....................................1448
8.5.3. Заключение ...................................................................................1450
18.6. Поглотители электромагнитного излучения ........................................1451
18.6.1. Гибкие конструкции поглотителей электромагнитного
излучения с жидкостными наполнителями ..............................1451
18.6.2. Влагосодержание волокнистых материалов ..............................1455
18.6.3. Защита от радиоэкологических воздействий
на биологические объекты с помощью гибких конструкций
широкополосных экранов электромагнитного излучения ......1457
18.7. Основные принципы экранирования радиоэлектронной
аппаратуры ............................................................................................1459
18.8. Воздействие преднамеренных электромагнитных помех
на бортовые кабели космических аппаратов ........................................1467